电子束与离子束的原理及其异同
模具三班
一、1.电子束与离子束的加工原理比较
电子束加工是在真空条件下，利用聚焦后能量密度极高的电子束，以极高的速度冲击到工件表面极小面积上，在极短的时间（几分之一微秒）内，其能量的大部分转变为热能，使被冲击部分的工件材料达到几千摄氏度以上的高温，从而引起材料的局部熔化和气化，被真空系统抽走。控制电子束能量密度的大小和能量注入时间，就可以达到不同的加工目的。如只使材料局部加热就可进行电子束热处理；使材料局部熔化就可以进行电子束焊接；提高电子束能量密度，使材料熔化和气化，就可以进行打孔、切割等加工；利用较低能量密度的电子束轰击高分子光敏材料时产生化学变化的原理，即可以进行电子束光刻加工。
离子束加工的原理和电子束加工基本类似，也是在真空条件下，将离子源产生的离子束经过加速聚焦，使之撞击到工件表面。不同的是离子带正电荷，其质量比电子大数千、数万倍，如氩离子的质量是电子的7.2万倍，所以一旦离子加速到较高速度时，离子束比电子束具有更大的撞击动能，它是靠微观的机械撞击能量，而不是靠动能转化为热能来加工的。离子束加工的物理基础是离子束射到材料表面时所发生的撞击效应、溅射效应和注入效应。具有一定动能的离子斜射到工件材料表面时，可以将表面的原子撞击出来，这就是离子的撞击效应和溅射效应
二、聚焦离子束
聚焦式离子束技术是利用静电透镜将离子束聚焦成非常小尺寸的显微切割技术。由于镓元素具有低熔点、低蒸汽压以及良好的抗氧化力，因而液态金属离子源中的金属材料多为镓。
在离子柱顶端外加电场于液态金属离子源，可使液态金属或合金形成细小尖端，再加上负电场牵引尖端的金属或合金，从而导出离子束，然后通过静电透镜聚焦，经过一连串可变化孔径可决定离子束的大小，而后用E ×B质量分析器筛选出所需要的离子种类，最后通过八极偏转装置及物镜将离子束聚焦在样品上并扫描，离子束轰击样品，产生的二次电子和离子被收集并成像或利用物理碰撞来实现切割或研磨。
三、如何控制其方向
磁偏转与电偏转分别是利用磁场和电场对运动电荷施加作用，控制其运动方向。这两种偏转有如下差别：
在磁偏转中，变化的使粒子做匀速曲线运动——匀速圆周运动，其运动规律分别从时(周期)、空(半径)两个方面给出在电偏转中，恒定的使粒子做匀变速曲线运动——类平抛运动，其运动规律分别从垂直于电场方向和平行于电场方向给出
磁偏转中，粒子的运动方向所能偏转的角度不受限制，且在相等时间内偏转的角度总是相等。在电偏转中，在相等的时间内偏转的角度是不相等的。
电子束加工的研究现状及其发展趋势 电子经过汇集成束。具有高能量密度。它是利用电子枪中阴极所产生的电子在阴阳极间的高压（25-300kV）加速电场作用下被加速至很高的速度（0.3-0.7倍光速），经透镜会聚作用后，形成密集的高速电子流。.电子束焊是用会聚的高速电子流轰击工件，将电子束动能直接转化为热能，实现焊接。电子束焊正因为它的高能量密度，焊接速度快，加热范围窄， 热影响区小，加热冷却速度极快等优点而受到越来越广泛的应用。由于电子束加热过程贯穿整个焊接过程的始终，一切焊接物理化学过程都是在热过程中发生和发展的。焊接温度场决定了焊接应力场和应变场，还与冶金、结晶、相变过程密不可分，使之成为影响焊接质量和生产率的主要因素。因此，有必要对电子束焊温度场进行研究，这也是进行焊接冶金分析、应力应变分析与对焊接过程进行控制的基础。 电子束焊接作为一种高能束加工方法，在生产应用中具有重要地位。电子束焊温度场决定了焊接应力场和应变场，是影响焊接质量和生产率的主要因素。介绍了电子束焊温度场模型，在分析了点热源、线热源模型的基础上，指出点热源模型仍是研宄焊接温度场的基础，同时介绍了其它几种考虑电子束小孔效应的温度场模型。讨论了计算温度场的热源模式，给出以高斯函数分布和双椭圆体能量密度分布的两种热源模式。列举了热物理参数、相变潜热、熔池流动等影响温度场的因素。认为基于解析解法的复杂性和计算机的飞速发展，数值解法将在温度场研宄中发挥更加重要的作用。电子束焊温度场模型对于焊接热过程的研究早在40年代就已经开始。Rosenthal分析了移动热源在固体中的热传导。之后，苏联的雷卡林又进行大量的工作。建立了如下的数学物理模型： （1)热源集中于一点、一线或一面； （2)材料无论在何温度下都是固体，无相变； （3材料热物性参数不随温度变化； （4焊接物体的几何尺寸是无限的。 然而这些都是系统性的论述我们应该在此基础上论述此技术在某些领域的应用，及其原理方法首先电子束焊热源模式焊接热过程的准确性在很大程度上依赖于建立合理的热输入模式。在高能束焊中用于预测温度场的最广泛的模型是点热源和线源模型，尤其是点源模型是迄今为止焊接温度场分析的基础。但是电子束焊作为一种高能束焊与普通电弧焊有明显的不同。电子束焊中束孔的形成，使得焊接加热方式发生了很大的变化。其主要的的公式原理来源： 高斯分布热源模型 高斯函数的热流分布是一种比点热源更切实际的热源分部函数，应用广泛，它将热源按高斯函数在一定范围内分布，以往建立的许多温度场模型中都采用了高斯分布这种热源分布模式，其函数为[8]:q(r) = 3Q exp (—3r2/a2)Kaa)式中，（r)为半径r处的表面热流；为热流分布函数；Q为能量功率；r为距热源中心的距离。电子束功率并非总是满足高斯模式，有些研究者在高斯模式基础上对其加以改进，增加电子束斑点加热中心区的比热流，相应改变加热边缘的比热流，同时保持热源输入的总能量与高斯模式相同。 随着世界制造业的快速发展，焊接技术应用越来越广泛，焊接技术水平也越来越高在飞机制造领域，作为下一代飞机制造的主要连接方法，先进焊接技术替代铆接技术已经成为了趋势电子束焊接主要用于变速箱齿轮、行星齿轮框架、
光刻技术及其应用的状况和未来发展 光刻技术及其应用的状况和未来发展1 引言 光刻技术作为半导体及其相关产业发展和进步的关键技术之一，一方面在过去的几十年中发挥了重大作用；另一方面，随着光刻技术在应用中技术问题的增多、用户对应用本身需求的提高和光刻技术进步滞后于其他技术的进步凸显等等，寻找解决技术障碍的新方案、寻找COO更加低的技术和找到下一俩代可行的技术路径，去支持产业的进步也显得非常紧迫，备受人们的关注。就像ITRS对未来技术路径的修订一样，上世纪基本上3～5年修正一次，而进入本世纪后，基本上每年都有修正和新的版本出现，这充分说明了光刻技术的重要性和对产业进步的影响。如图1所示，是基于2005年ITRS对未来几种可能光刻技术方案的预测。也正是基于这一点，新一轮技术和市场的竞争正在如火如荼的展开，大量的研发和开发资金投入到了这场竞赛中。因此，正确把握光刻技术发展的主流十分重要，不仅可以节省时间和金钱，同时可以缩短和用户使用之间的周期、缩短开发投入的回报时间，因为光刻技术开发的投入比较庞大。 2 光刻技术的纷争及其应用状况 众说周知，电子产业发展的主流和不可阻挡的趋势是"轻、薄、短、小"，这给光刻技术提出的技术方向是不断提高其分辨率，即提高可以完成转印图形或者加工图形的最小间距或者宽度，以满足产业发展的需求；另一方面，光刻工艺在整个工艺过程中的多次性使得光刻技术的稳定性、可靠性和工艺成品率对产品的质量、良率和成本有着重要的影响，这也要求光刻技术在满足技术需求的前提下，具有较低的COO和COC。因此，光刻技术的纷争主要是厂家可以提供给用户什么样分辨率和产能的设备及其相关的技术。 以Photons为光源的光刻技术 2.1 以Photons为光源的光刻技术 在光刻技术的研究和开发中，以光子为基础的光刻技术种类很多，但产业化前景较好的主要是紫外(UV)光刻技术、深紫外(DUV)光刻技术、极紫外(EUV)光刻技术和X射线(X-ray)光刻技术。不但取得了很大成就，而且是目前产业中使用最多的技术，特别是前两种技术，在半导体工业的进步中，起到了重要作用。 紫外光刻技术是以高压和超高压汞(Hg)或者汞-氙(Hg-Xe)弧灯在近紫外(350～450nm)的3条光强很强的光谱(g、h、i线)线，特别是波长为365nm的i线为光源，配合使用像离轴照明技术(OAI)、移相掩模技术(PSM)、光学接近矫正技术(OPC)等等，可为0.35～0.25μm的大生产提供成熟的技术支持和设备保障，在目前任何一家FAB中，此类设备和技术会占整个光刻技术至少50％的份额；同时，还覆盖了低端和特殊领域对光刻技术的要求。光学系统的结构方面，有全反射式(Catoptrics)投影光学系统、折反射式(Catadioptrics)系统和折射式(Dioptrics)系统等，如图2所示。主要供应商是众所周知的ASML、NIKON、CANON、ULTRATECH 和SUSS MICROTECH等等。系统的类型方面，ASML以提供前工程的l:4步进扫描系统为主，分辨率覆盖0.5～0.25μm：NIKON以提供前工程的1：5步进重复系统和LCD的1：1步进重复系统为主，分辨率覆盖0.8～0.35μm和2～0.8μm；CANON以提供前工程的1：4步进重复系统和LCD的1：1步进重复系统为主，分辨率也覆盖0.8～0.35μm和1～0.8μm；ULTRATECH以提供低端前工程的1：5步进重复系统和特殊用途(先进封装／MEMS／，薄膜磁头等等)的1：1步进重复系统为主；而SUSS MICTOTECH以提供低端前工程的l：1接触／接近式系统和特殊用途(先进封装／MEMS／HDI等等)的1：1接触／接近式系为主。另外，在这个领域的系统供应商还有USHlO、TAMARACK和EV Group等。 深紫外技术
广东白云学院 先进制造技术论文 题目：电子束加工技术及其应用 专业：机械设计制造及其自动化（数控方向） 班级： 07数控本科 姓名：林华英 学号： 0701012229
摘要 (1) 引言 (1) 一.电子束技术在国内外的发展现状 (1) 多轴控制的基本概念： (2) 二.多轴控制特点 (2) 1、 5轴控制加工中心的加工特点： (2) 2、 6轴控制加工中心的加工特点： (3) 3、 6轴控制特点如下： (3) 三.发展趋向。 (3) 1、用5轴控制加工的NURBS插补 (3) 2、利用二次曲面头立铣刀作5轴控制加工 (4) 四.结论 (4) 五.参考文献 (4)
摘要 电子束加工技术是近年发展起来的一种先进制造技术,其在材料表面改性、机械加工等方面的应用已受到广泛关注。主要介绍电子束在表面工程、打孔和焊接等方面的应用。 关键词：电子束;加工原理;工业应用 引言 近年来,许多国家对电子束加工原理及方法进行了大量的实验研究,并在工业上得到一定的实际应用,使得该技术得到了飞速发展。本文主要针对电子束加工技术的研究现状和应用进行理论分析和探讨。 发展、 一.电子束技术在国内外的发展现状 1948 年 ,德国物理学家Steigerwald K. H 发明了第一台电子束加工设备 (主要用于焊接) 。1949年 ,德国首次利用电子束在厚度为0. 5mm 的不锈钢板上加工出直径为<0. 2mm 的小孔。从而开辟了电子束在材料加工领域的新天地。1957年法国原子能委员会萨克莱核子研究中心研制成功世界上第一台用于生产的电子束焊接机,其优良的焊接质量引起人们广泛重视。 20世纪60年代初期,人们已经成功地将电子束打孔、铣切、焊接、镀膜和熔炼等工艺技术应用到各工业部门中，促进了尖端技术的发展。微电子学的发展对集成电路元件的集成度要求不断提高,因而对光刻工艺提出了更高的要求，扫描电子束曝光机研制成功，并在20世纪70年代进入市场 ,使得制造掩膜或器件所能达到的最小线宽已小于 0. 5 μm。 近年来，国外对电子束焊接及其他电子束加工技术的研究主要在于以下几个方面：1）完善超高能密度电热源装置；2）掌握电子束品质及与材料的交换行为特性，改进加工工艺技术；3）通过计算机CNC控制提高设备柔性以扩大应用领域。 我国自20世纪60年代初期开始研究电子束加工工艺，经过多年的实践，在该领域也取得了一定成果。大连理工大学三束材料改性国家重点实验室，采用电子束对材料表面进行照射，研究其对材料表面的改性。郝胜志等以纯铝材为基础研究材料，深入研究不同参数的脉冲电子束轰击处理对试样显微结构和力学性能的影响规律，进而获得强流脉冲电子束表面改性的一些微观物理机制，通过载能电子与固体表面的相互作用过程，建立较为合理的实际加工中的物理模型，利用二维模型数值计算方法模拟计算试样
一、简介 电子束加工技术原理[1]：电子束加工利用电子束的热效应可以对材料进行表面热处理、焊接、刻蚀、钻孔、熔炼，或直接使材料升华，是一种完全不同于传统机械加工的新工艺。电子束曝光则是一种利用电子束辐射效应的加工方法。 作为加热工具，电子束的特点是功率高和功率密度大，能在瞬间把能量传给工件，电子束的参数和位置可以精确和迅速地调节，能用计算机控制并在无污染的真空中进行加工。根据电子束功率密度和电子束与材料作用时间的不同，可以完成各种不同的加工。 电子束加工包括焊接、打孔、热处理、表面加工、熔炼、镀膜、物理气相沉积、雕刻以及电子束曝光等，其中电子束焊接是发展最快、应用最广泛的一种电子束加工技术。电子束加工的特点是功率密度大，能在瞬间将能量传给工件，而且电子束的能量和位置可以用电磁场精确和迅速地调节，实现计算机控制。因此，电子束加工技术广泛应用于制造加工的许多领域，如航空、航天、电子、汽车、核工业等，是一种重要的加工方法。 近年来，随着电磁场控制技术的发展，并结合电子束在磁场中易控的特点，开发了一种新型的电子束加工方法——快速扫描电子束加工技术。这种通过电磁场的控制实现电子束的快速偏转扫描的方法越来越显出其技术的优势，在航空航天制造领域中获得了广泛的应用。 二、电子束加工技术的原理 电子束加工的基本原理是：在真空中从灼热的灯丝阴极发射出的电子，在高电压(30～200千伏)作用下被加速到很高的速度，通过电磁透镜会聚成一束高功率密度（105～109w/cm2）的电子束。当冲击到工件时，电子束的动能立即转变成为热能，产生出极高的温度，足以使任何材料瞬时熔化、气化，从而可进行焊接、穿孔、刻槽和切割等加工。由于电子束和气体分子碰撞时会产生能量损失和散射，因此，加工一般在真空中进行。 电子束加工机由产生电子束的电子枪、控制电子束的聚束线圈、使电子束扫描的偏转线圈、电源系统和放置工件的真空室，以及观察装置等部分组成。先进的电子束加工机采用计算机数控装置，对加工条件和加工操作进行控制，以实现高精度的自动化加工。电子束加工机的功率根据用途不同而有所不同，一般为几千瓦至几十千瓦。 按照电子束加工所产生的效应，可以将其分为两大类：电子束热效应和电子束化学效应[2]。电子束热效应是将电子束的动能在材料表面转化成热能，以实
电子束加工的特点及其应用 摘要：电子束加工简称EBM，是以高能电子束流作为热源，对工件或材料实施特殊的加工，是一种完全不同于传统机械加工的新工艺。它们在精密微细加工方面，尤其是在微电子学领域中得到较多的应用。随着科学技术的发展，电子束加工技术必将有一片广阔的应用前景。 关键词：电子束原理;应用;发展前景 引言 电子束加工（EBM）是近几年得到较快发展的新兴特种加工技术。电子束加工主要用于打孔、割缝、焊接和大规模集成电路德光刻化学技工等，在精密微细加工方面，尤其是在微电子领域中得到了广泛地应用，在近几年兴起的亚微米加工和纳米加工中，电子束加工技术也发挥着重要作用。 1．电子束加工的原理和分类 1.1加工原理 电子束加工.原理是在真空条件下,利用聚焦后能量密度极高的电子束,以极高的速度冲击到工件表面极小的面积上,在很短的时间(几分之一微秒)内,其能量的大部分转变为热能,使被冲击部分的工件材料达到几千摄氏度以上的高温,从而引起材料的局部熔化和气化,被真空系统抽走的加工技术。 电子束加工机由产生电子束的电子枪、控制电子束的聚束线圈、使电子束扫描的偏转线圈、电源系统和放置工件的真空室，以及观察装置等部分组成。先进的电子束加工机采用计算机数控装置，对加工条件和加工操作进行控制，以实现高精度的自动化加工。. 1.2 电子束加工分类 按照电子束加工所产生的效应,可以将其分为两大类:电子束热加工和电子束非热加工。
1.2.1电子束热加工电子束热加工是将电子束的动能在材料表面转化成热能,以实现对材料的加工,其中包括: 1)电子束精微加工。可完成打孔、切缝和刻槽等工艺, 这种设备一般都采用微机控制,并且常为一机多用； 2)电子束焊接。与其他电子束加工设备不同之处在于,除高真空电子束焊机之外,还有低真空、非真空和局部真空等类型； 3)电子束镀膜。可蒸镀金属膜和介质膜； 4)电子束熔炼。包括难熔金属的精炼,合金材料的制造以及超纯单晶体的拉制等； 5)电子束热处理。包括金属材料的局部热处理以及对离子注入后半导体材料的退火等。 上述各种电子束加工总称为高能量密度电子束加工。 1.2.2电子束化学加工电子束化学加工是利用功率密度比较低的电子束和 电子胶.相互作用产生的辐射化学效应对材料进行加工。 该加工方法的应用的领域主要 1）扫描电子束曝光，其特点是图形变换的灵活性好，分辨率高； 2）投影电子束曝光，其特点是效率高，但分辨率较差； 3）软X射线曝光，软X射线由电子束产生，是一种间接利用电子束的投影曝光法。. 2. 电子束加工的主要应用 2.1 电子束焊接 电子束焊接是利用电子束作为热源的一种焊接工艺。电子束焊接的焊缝位置精确可控、焊接质量高、速度快，在核、航空、火箭、电子、汽车等工业中可用作精密焊接。在重工业中，电子束焊机的功率已达100千瓦，可平焊厚度为200毫米的不锈钢板。对大工件焊接时须采用大体积真空室，或在焊接处形成可移动的局部真空。 2.2 电子束蚀刻和电子束钻孔 用聚焦方法得到很细的、功率密度为 106～108W/cm2的电子束周期地轰击材
第四章 聚焦离子束技术（FIB）
本章主要内容 4.1 FIB系统介绍 41FIB 4.2 FIB-SEM构造及工作原理 4.3 离子束与材料的相互作用 4.4 FIB主要功能及应用 参考书：顾文琪等，聚焦离子束微纳加工技术，北京工业大学出版社，2006。参考书：顾文琪等聚焦离子束微纳加工技术北京工业大学出版社2006。
41FIB 4.1 FIB 系统介绍 (Focused Ion beam FIB)聚焦离子束(Focused Ion beam, FIB)的 系统是利用电透镜将离子束聚焦成非常小尺寸的显微加工仪器。通过荷能离子轰击材料表面实现材料的剥离沉积轰击材料表面，实现材料的剥离、沉积、注入和改性。 目前商用系统的离子束为液相金属离子源(Liquid Metal Ion Source,LMIS) 金属材质为镓(Gallium, Ga)，因为镓元素具有低熔点、低蒸气压、及良好的抗氧化力。 即离子束+Zeiss Auriga FIB Zeiss Auriga FIB--SEM system 现代先进FIB 系统为双束，即离子束+ 电子束（FIB+SEM ）的系统。在SEM 微观成像实时观察下，用离子束进行微加工g y 加工。
FIB技术发展史 FIB加工系统的发展与点离子源的开发密切相关 系展 1950s：Mueller发明气体场发射离子源（GFIS）； 1970s：GFIS应用到聚焦离子显微镜（FIM）； 1974-75：J. Orloff 和L.W.Swanson分别将GFIS应用于FIB。此时的(p) GFIS束流低(10pA),分辨率约50纳米； 1974：美国Argonne国家实验室的V.E.Krohn 和G.R.Ringo发现在电场作用下毛细管管口的液态镓变形为锥形，并发射出Ga+离子束； 1978：美国加州休斯研究所的R.L.Seliger等人建立了第一台Ga+液态金属离子源的FIB系统，束斑直径100nm，束流密度1.5A/cm2，亮度达62 3.3x10A/（cm.sr），束能量57keV； 1980s：商品型FIB投入市场，成为新器件研制、微区分析、MEMS制作的重要手段； 1980s-90s：开发出SEM-FIB双束、FIB多束、全真空FIB联机系统。
论文题目：飞行器先进制造技术之电子束加工技术 院系：机电工程学院 专业：飞行器制造工程 班级： 08010342班_ 姓名：郭艳兵 学号：21
电子束加工技术 摘要 电子束的发现至今已有100多年，早在1879年Sir William Crookes发现在阴极射线管中的铂阳极因被阴极射线轰击而熔化的现象。接着到上世纪初的1907年，Marcello Von Pirani进一步发现了电子束作为高能量密度热然的可能性，第一次用电子束做了熔化金属的实验，成功地熔炼了钽。直到近代1960年夏，由日本电子公司为日本科学技术厅所属的金属材料所研制了第一台电子束焊机。电子束加工（Electron Beam Machining，简称EBM）。它在精密微细方面，尤其是在微电子学领域中得到较多的应用。电子束加工主要用于打孔、焊接等的精加工和电子束光刻化学加工。 Summary The discovery of the electron beam has been 100 years, as early as 1879 Sir William Crookes found that the platinum cathode ray tube anode due to bombardment by cathode rays melting phenomenon. Then the last century in 1907, Marcello Von Pirani further found that the electron beam of high energy density as the possibility of natural heat, the first time made a molten metal electron beam experiments, successfully melting of tantalum. Until modern times the summer of 1960, the Japanese electronics company in Japan Science and Technology Agency belongs to the metal material developed the first electron beam welder.Electron beam processing (Electron Beam Machining, referred to as EBM). It is fine precision, particularly in the field of microelectronics to get more applications. Electron beam processing is mainly used for drilling, welding and electron beam lithography of finishing chemical processing. 关键词电子束；原理；特点；组成；应用
离子束加工技术 1 离子束溅射技术的发展 离子束溅射沉积干涉反射膜的进展可总结为［２］: * 1976 年之前，一般干涉反射膜反射率R>99%； * 1976 年离子束溅射干涉膜（淀积技术突破），反射率R=99.9%； * 1979 年离子束溅射干涉膜（测量技术突破），反射率R=99.99%； * 1983 年离子束溅射干涉膜损耗降到60ppm, 反射率R=99.994%； * 1988 年离子束溅射干涉膜损耗降到10ppm 以下, 反射率R=99.999%； * 1992 年离子束溅射干涉膜损耗降到1.6ppm, 反射率R=99.99984%； * 1997 年离子束溅射干涉膜用于ICF 三倍频激光反射镜实验，351nm 波长激光(脉冲)损伤阈值达20J/cm2； * 1998 年离子束溅射干涉膜用于ICF 基频激光反射镜实验，得到了1060nm 波长激光（脉冲）损伤阈值 达50J/cm2，吸收损耗小于6ppm 的实验结果。 在国内，对离子束溅射技术的研究非常少，在很多领域几乎接近于空白，根据国家和时代的需要，这项技 术的研究在国内变得尤为迫切。 2 离子束溅射技术的原理和特征 2.1 离子束溅射技术 在比较低的气压下，从离子源取出的氩离子以一定角度对靶材进行轰击，由于轰击离子的能量大约为 1keV，对靶材的穿透深度可忽略不计，级联碰撞只发生在靶材几个原子厚度的表面层中，大量的原子逃离 靶材表面，成为溅射粒子,其具有的能量大约为10eV 的数量级。由于真空室内具有比较少的背景气体分子， 溅射粒子的自由程很大，这些粒子以直线轨迹到达基板并沉积在上面形成薄膜。由于大多数溅射粒子具有 的能量只能渗入并使薄膜致密，而没有足够的能量使其他粒子移位，造成薄膜的破坏；并且由于低的背景 气压，薄膜的污染也很低；而且，冷的基板也阻止了由热激发导致晶粒的生长在薄膜内的扩散。因此，在 基板上可以获得致密的无定形膜层。在成膜的过程中，特别是那些能量高于10eV 的溅射粒子，能够渗入 几个原子量级的膜层从而提高了薄膜的附着力，并且在高低折射率层之间形成了很小梯度的过度层。有的 轰击离子从靶材获得了电子而成为中性粒子或多或少的被弹性反射，然后，它们以几百电子伏的能量撞击 薄膜，高能中性粒子的微量喷射可以进一步使薄膜致密而且也增强了薄膜的内应力
电子束光刻系统参数要求 采购预算：1300万，具体参数要求如下： 一、工作条件 1. 电源电压：AC 230V 10%，50 Hz三相 2. 环境温度：15-25 ℃，电子枪区域 21 +/- 0.25 ℃ 3. 相对湿度：40 - 70% 二、设备配置 高斯束电子束曝光系统 1.电子束曝光系统主机 2.热场发射电子枪 50KeV/100KeV可切换，电子枪寿命不低于8000 - 12000 小时 3.210mm*210mm运动范围激光干涉样品台 4.激光干涉仪精度 0.15nm 5.自动动态对焦，像散矫正，写场畸变矫正系统 6.自动激光高度测量 7.升级125MHz图形发生器 8.升级1mm大写场 9.2工位真空仓自动进样系统 10.预对准显微镜系统 11.预装Linux的计算机系统（至强4核处理器，HP Z840同等或以上档 次）含电子束曝光设备系统控制软件 12.电子束曝光数据处理优化软件及临近效应修正/蒙特卡洛模拟计算软 件，含数据处理用计算机系统 13.标配3个以上样品架，包括6”掩模版，6”硅片，4”硅片，2”硅片 及散片。其中一个可同时安放至少4个样品包括2”硅片，散片样品。（用户也可根据需要自行选择） 14.配备至少20kVA的不间断电源。 15.其他附件、零配件 三、技术服务 1技术文件（印刷版和详细电子版各一套) 1.1设备的基本结构和使用说明书、操作手册及维修保养说明书 8
1.2主机和各功能部件的性能指标、基本结构和使用说明书，全套维修保养说 明书 1.3软件的操作手册 1.4各类操作指令手册 2安装调试 2.1设备安装： a) 合同生效两周内投标方应提供设备安装、调试等必备的技术文件，协助 用户提前作好设备安装的准备工作。 b) 设备抵达安装现场后一周内，供应商按照用户通知的日期选派经验丰富 的工程师负责检验和安装调试，二个月内完成验收。 2.2验收标准： 卖方须提供该设备出厂质量检测标准和试验方法，应及时更换在验收中指标未达到要求的部件，验收指标必须满足或优于标书的技术指标。 3技术培训 安装后进行2周的现场培训（地点在厦门大学），内容包括仪器的技术原理、操作、数据处理、基本维护等确保所有基本参数准确可以运用。公司提供免费参加国内设备用户交流培训会。 4售后和保修服务 4.1保修服务期至少3年（自设备验收合格之日起）。 4.2保修期内： a，保修包括所有投标商制造部分，包括人工费，差旅费及零部件费，免运输费用。不在保修范围内的部件及事项需在合同中注明。 b，故障响应：在保修期内仪器出现问题，接到用户报修要求，响应时间为24小时内，如果无法通过网络和电话诊断排除故障，需要在72小时到达现场。 c，保修期外，出现故障，每次维修，必须问题排除后再支付费用。维修部分质保半年。 d，维修不得超过10个工作日（运输时间和在中国海关报关时间不计入）， 8
聚焦离子束加工技术及其应用 摘要：。聚焦离子束(FIB)技术是把离子束斑聚焦到亚微米甚至纳米级尺寸，通过偏转系统实现微细束 加工的新技术。文章简述了聚焦离子束工作原理和应用前景等。 关键词：聚焦离子束、刻蚀 1．聚焦离子束简介 聚焦离子束(focused ion beam，FIB)与聚焦电子束从本质上讲是一样的，都是带电粒子经过电磁场聚焦形成细束。但聚焦电子束不同于聚焦离子束。区别在于它们的质量，最轻的离子为氢离子也是电子质量的1 840倍。离子束不但可以像电子束那样用来曝光，而且重质量的离子也可以直接将固体表面的原子溅射剥离，因此聚焦离子束更广泛地作为一种直接微纳米加工工具。 离子束的应用已经有近百年的历史。自1910年Thomson建立了气体放电型离子源后，离子束技术 主要应用于物质分析、同位素分离与材料改性。由于早期的等离子体放电式离子源均属于大面积离子源，很难获得微细离子束。真正的聚焦离子束始于液态金属离子源的出现。1975年美国阿贡国家实验室开发出液态金属离子源(LMIS)，1978年美国加州休斯研究所的R．L．Seliger等人建立了第一台装有Ga LMIS的FIB系统，其束斑直径仅为100nm(目前已可获得只有5nm的束斑直径)。电流密度为1．5A／cm ，亮度达3．3×10。A／(cm2．sr)。这给进行亚微米JJnq-器件的研究极大的鼓舞。 聚焦离子束(FIB)技术就是在电场及磁场的作用下，将离子束聚焦列亚微米甚至纳米量级，通过偏转系统和加速系统控制离子束，实现微细图形的检测分析和纳米结构的无掩模加工。FIB技术经过不断发展，离子束已可以在几个平方微米到近lmm 的区域内进行数字光栅扫描，可以实现：①通过微通道极或通道电子倍增器收集二次带电粒子来采集图像。②通过高能或化学增强溅射来去除不想要的材料。③淀积金属、碳或类电介质薄膜的亚微米图形。 FIB技术已在掩膜修复、电路修正、失效分析、透射电子显微镜(TEM)试样制作及三维结构直写等多方面获得应用。 2．聚焦离子束的工作原理 离子束系统的“心脏”是离子源。目前技术较成熟，应用较广泛的离子源是LMIS，其源尺寸小、亮度高、发射稳定，可以进行微纳米加工。同时其要求工作条件低(气压小于10 Pa，可在常温下工作)，能提供A1、As、Au、B、Be、Bi、Cu、Ga、Fe、In、P、Pb、Pd、Si、Sn及Zn等多种离子。由于Ga(镓)具有低熔点、低蒸气压及良好的抗氧化力，成为目前商用系统采用的离子源。 液态金属离子源（LMIS)结构有多种形式，但大多数由发射尖钨丝、液态金属贮存池组成，典型的LMIS 结构示意图如图所示。 FIB系统由离子束柱、工作腔体、真空系统、气体注入系统及用户界面等组成，图2是聚焦离子束工作原理示意图。其工作原理为：在离子柱顶端的液态离子源上加上较强的电场，来抽取出带正电荷的离子，通过同样位于柱中的静电透镜，一套可控的上、下偏转装置，将离子束聚焦在样品上扫描，离子束轰击样品后产生的二次电子和二次离子被收集并成像。 典型的聚焦离子束系统的工作电流在lpA到30nA之间。在最小工作电流时，分辨率均可达5nm。 目前已有多家公司可以提供商品聚焦离子束系统，其中以美国FEI公司的产品占主导地位。该公司可提供一系列通用或专用聚焦离子束机，包括结构分析系列与掩模缺陷修补系列的电子离子双束系统与集成电路片修正系统。 双束系统的优点是兼有扫描镜高分辨率成像的功能及聚焦离子束加工的功能。用扫描电镜可以对样品精确定位并能实时观察聚焦离子束的加工过程。聚焦离子束切割后的样品可以立即通过扫描电镜观察。工业用机的自动化程度高，可装载硅片的尺寸为(6～8)in。 3．聚焦离子束加工的特点
电子束加工的应用 1. 电子束加工的主要应用 1.1 电子束焊接 电子束焊接是利用电子束作为热源的一种焊接工艺。电子束焊接的焊缝位置精确可控、焊接质量高、速度快，在核、航空、火箭、电子、汽车等工业中可用作精密焊接。在重工业中，电子束焊机的功率已达100千瓦，可平焊厚度为200毫米的不锈钢板。对大工件焊接时须采用大体积真空室，或在焊接处形成可移动的局部真空。 1. 电子束焊接在航空航天工业的应用[2] 作为一种现代先进的焊接技术，电子束焊接首先进入的就是航空航天领域。小到微型压力传感器，大到航天器外壳，航空航天零部件所用材料的独特性及焊接要求的特殊性, 使得电子束焊接迅速成为这些重要零部件加工所必须采用的工艺，大量应用于飞机重要承力件和发动机转子部件的焊接上。 美国的F-22战斗机机身段上,由电子束焊接的钛合金焊缝长度达87.6mm，厚度为6.4-25mm。另外，电子束焊接技术还用来焊接汽轮机喷管隔板、高温蒸汽机转轴、汽轮机定子、燃气涡轮叶片、航空发动机转子、摇臂组件、机匣、功率轴、飞机梁、起落架, 导弹壳体、航弹尾翼等。 2.电子束焊接在汽车工业的应用[3] 20世纪60年代，日本富士重工和美国通用汽车公司率先采用电子束焊接变速箱齿轮和飞轮，此后电子束焊接便吹响了进军汽车工业的号角。目前，几乎所有的国际汽车制造公司都引入了电子束焊接设备。德国大众汽车公司仅一个齿轮加工车间内, 就装有20余台电子束焊机。 汽车生产中，电子束焊接多用来加工发动机、变速器、行走系等处的零件，这些零件的机械加工量相对较少，符合电子束焊接的经济性要求。比如[]，汽车发动机中的配电盘凸轮必须是渗氮后焊接，因其对接材料不同（低碳渗氮钢-SAE1144），采用其它接合方法比较困难，故采用电子束焊接较为合适；柴油机的预燃室过去采用钎焊（对接材料不锈钢-耐热钢），改用电子束焊后提高了质
专家论坛 Expert Forum 电子束光刻在纳米加工及器件制备中的应用 陈宝钦,赵 珉,吴 璇,牛洁斌,刘 键,任黎明, 王 琴,朱效立,徐秋霞,谢常青,刘 明 (中国科学院微电子研究所,北京 100029) 摘要:电子束光刻技术是推动微米电子学和微纳米加工发展的关键技术,尤其在纳米制造领域中起着不可替代的作用。介绍了中国科学院微电子研究所拥有J EOL JBX5000L S、JBX6300FS纳米电子束光刻系统和电子显微镜系统的电子束光刻技术实验室,利用电子束直写系统所开展的纳米器件和纳米结构制造工艺技术方面的研究。重点阐述了如何利用电子束直写技术实现纳米器件和纳米结构的电子束光刻。针对电子束光刻效率低和电子束光刻邻近效应等问题所采取的措施; 采用无宽度线曝光技术和高分辨率、高反差、低灵敏度电子抗蚀剂相结合实现电子束纳米尺度光刻以及采用电子束光刻与X射线曝光相结合的技术实现高高宽比的纳米尺度结构的加工等具体工艺技术问题展开讨论。 关键词:电子束光刻;电子束直写;电子束邻近效应校正;纳米制造;纳米器件;纳米结构 中图分类号:TN305.6;TN305.7 文献标识码:A 文章编号:1671-4776(2008)12-0683-06 E lectron B eam Lithography Application on the N anofabrication and N anodevice Chen Baoqin,Zhao Min,Wu Xuan,Niu Jiebin,Liu Jian,Ren Liming, Wang Qin,Zhu Xiaoli,Xu Qiuxia,Xie Changqing,Liu Ming (T he I nstitute of M icroelect ronics,Chinese A cadem y of Sciences,B ei j ing100029,China) Abstract:Elect ron beam lit hograp hy is t he key technology in nano2elect ronics,and especially plays an irreplaceable role in micro2nano2fabrication.The research work of the Institute of Microelec2 tronics in Chinese Academy of Sciences is mainly about t he fabrication of nano2st ruct ures and nano2devices including electronic and optical devices with two sets of electron beam lithography systems, J EOL JBX5000L S and JBX6300FS.The nano2lit hograp hy is st udied by t he electron beam direct2writing technology.To overcome t he weaknesses of low o utp ut and proximity effect in elect ron beam lit hograp hy,many measures are taken in t he fabrication of nano2scale st ruct ures including t he single2line2exposure,novel resist wit h high2resolution and high2contrast.And t he nano2st ruct ure wit h t he high aspect ratio can be made by t he combination of elect ron beam l it hograp hy and X2ray lit hograp hy.Many ot her detail p rocesses are also discussed. K ey w ords:elect ron beam lit hograp hy;elect ron beam direct writing;elect ron beam Pro ximity correction;nano2fabrication;nano2device;nano2st ruct ure EEACC:2550G;2550N 收稿日期:2008-07-29 基金项目:国家重点基础研究发展计划(973)资助项目(2006CB0N0604,2006CB302706,2007CB935302) E2m ail:chenbq@https://www.doczj.com/doc/6416232730.html,
Zhang Xiaodong
参考书目
离子束分析
Ion Beam Analysis (IBA)
? 《离子束分析》 杨福家
1985版 1985版
? 《原子核物理实验方法》（下） 1985版 1985版 ? 《粒子同固体物质相互作用》（上）王广厚 ? 《质子X荧光分析和质子显微镜》任炽刚 1981版 《质子X 1981版
课程安排
综述 卢瑟福背散射分析（RBS）、弹性反冲分 卢瑟福背散射分析（RBS）、弹性反冲分 析（ERD）和沟道技术 析（ERD） 粒子诱发X射线荧光分析（PIXE） 粒子诱发X 射线荧光分析（PIXE） 核反应分析（NRA） 核反应分析（NRA） 如有时间，适当补充课外知识
1.1 绪言
? 粒子与离子的概念差异
– 在微观领域，粒子是离子、电子、光子和亚核粒子等的总称
? 离子束分析的概念
– 总的来说：以离子束作为工具，通过它与物质相互作用来判 断物质中元素组成及结构的一门学科 – 具体来说：利用具有一定能量的离子（如：质子、α离子及 其它重离子）束去轰击样品，使样品中的元素发生电离、激 发、发射和核反应以及自身的散射等过程，通过测量这些过 程中所产生的射线的能量和强度来确定样品中元素的种类和 含量的一门学科 – 为了对其概念有一深入的理解，大家来看离子束作用机制图
次级离子质谱
次级粒子
俄歇电子 X射线
Secondary Ion Mass Spectrometry(SIMS)
离 子
-原 子 作 用 范 畴 离 子
俄歇电子谱
Auger Electron Spectrometry(AES)
粒子诱发X射线荧光分析
Particle Induced X-ray Emission(PIXE)
离子束（E,q） 发射粒子 背散射粒子 样品 γ射线
弹性反冲分析
Elastic Recoil Detection(ERD)
-原 子 核作 用 范 畴
核反应分析
Nuclear Reaction Analysis(NRA)
卢瑟福背散射分析
Rutherford Backscattering Spectrometry(RBS)
离子束作用机制图
离子束分析作用机制图
质子X射线荧光分析
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第六章电子束和离子束加工 电子束加工(Electron Beam Machining简称EBM)和离子束加工(Ion Beam Machining简称IBM)是近年来得到较大发展的新兴特种加工。它们在精密微细加工方面，尤其是在微电子学领域中得到较多的应用。电子束加工主要用于打孔、焊接等热加工和电子束光刻化学加工。离子束加工则主要用于离子刻蚀、离子镀膜和离子注入等加工。近期发展起来的亚微米加工和毫微米(纳米)加工技术，主要是用电子束加工和离子束加工。 第一节电子束加工 一、电子束加工的原理和特点 (一)电子束加工的原理 如图6-1所示，电子束加工是在真空条件下，利用聚焦后能量密度极高(106~109W／cm2)的电子束，以极高的速度冲击到工件表面极小面积上，在极短的时间(几分之一微秒)内，其能量的大部分转变为热能，使被冲击部分的工件材料达到几千摄氏度以上的高温，从而引起材料的局部熔化和气化，被真空系统抽走。 控制电子束能量密度的大小和能量注入时间，就可以达到不同的加工目的。如只使材料局部加热就可进行电子束热处理；使材料局部熔化就可进行电子束焊接；提高电子束能量密度，使材料熔化和气化，就可进行打孔、切割等加工；利用较低能量密度的电子束轰击高分子材料时产生化学变化的原理，即可进行电子束光刻加工。 (二)电子束加工的特点 1)由于电子束能够极其微细地聚焦，甚至能聚焦到0．1μm。所以加工面积可以很小，是一种精密微细的加工方法。 2)电子束能量密度很高，使照射部分的温度超过材料的熔化和气化温度，去除材料主要靠瞬时蒸发，是一种非接触式加工。工件不受机械力作用，不产生宏观应力和变形，加工材料范围很广，对脆性、韧性、导体、非导体及半导体材料都可加工。 3)电子束的能量密度高，因而加工生产率很高，例如，每秒 钟可以在2。5mm厚的钢板上钻50个直径为0.4mm的孔。 4)可以通过磁场或电场对电子束的强度、位置、聚焦等进行 直接控制，所以整个加工过程便于实现自动化。特别是在电子束 曝光中，从加工位置找准到加工图形的扫描，都可实现自动化。 在电子束打孔和切割时，可以通过电气控制加工异形孔，实现曲 面弧形切割等。 5)由于电子束加工是在真空中进行，因而污染少，加工表面 不会氧化，特别适用于加工易氧化的金属及合金材料，以及纯度 要求极高的半导体材料。 6)电子束加工需要一整套专用设备和真空系统，价格较贵， 生产应用有一定局限性。 二、电子束加工装置 电子束加工装置的基本结构如图6—2所示，它主要由电子 枪、真空系统、控制系统和电源等部分组成。 (一)电子枪 电子枪是获得电子束的装置。它包括电子发射阴极、控制栅 极和加速阳极等，如图6-2所示。阴极经电流加热发射电子，带 负电荷的电子高速飞向带高电位的阳极，在飞向阳极的过程中， 经过加速极加速，又通过电磁透镜把电子束聚焦成很小的束斑。
电子束光刻技术研究 摘要：介绍了纳米加工领域的关键技术——电子束光刻技术及其最新进展。简要介绍了电子束光刻技术和目前这种技术所存在的技术缺陷和最新的研究成果和解决办法，如：关于邻近效应的解决，关于电子束高精度扫描成像曝光效率很低的问题，如电子束与其他光学曝光系统的匹配和混合光刻等问题，以及关于抗蚀剂工艺的最新进展等。 关键词：电子束光刻技术邻近效应电子束高精度扫描成像电子束与其他光学曝光系统的匹配混合光刻抗蚀剂工艺 Abstract: This paper introduces the key technology——electron beam lithography technology and the latest developments in the field of nanofabrication. A brief introduction and electron beam lithography technology currently exists drawback of this technology and the latest research results and solutions, such as: the effect on neighboring settlement, on the low-precision electron beam exposure scanning imaging efficiency issues, such as electron beam mixing and matching and other optical lithography exposure system and other issues, as well as the latest developments on the resist process and the like. 一：概述 电子束光刻与传统意义的光刻(区域曝光)加工不同，其设备如图1所示，它是利用电子束在涂有电子抗蚀剂的晶片上直接描画或投影复印图形的技术。电子束光刻机与SEM(扫描电子显微镜)的原理基本相同，电子束被电磁场聚焦成微细束照到电子抗蚀剂(感光胶) 上，由于电子束可以方便地 由电磁场进行偏转扫描，复 杂的图形可以直接写到感 光胶上而无需使用掩模版。 与其他光刻技术相比，电子 束光刻的优点非常明显：首 先，电子束光刻分辨率高， 可达0．1 m，如直接进行刻 蚀可达到几个纳米。用电子图1